Клітка - елементарна біологічна система

Кінець XIX століття - виникнення цитології

1665 - англ. Роберт Гук, розглядаючи зріз пробки, побачив целюлозні оболонки і ввів термін «клітина».

1838 - 1839 - М.Шлейден і Т. Шванн запропонували клітинну теорію.

1. Всі організми складаються з клітин.

2. Всі клітини розвиваються за єдиним планом.

3. Властивості багатоклітинного організму зводяться до арифметичній сумі властивостей тих клітин, які його складають.

Шлейден запропонував вважати ядро ​​найбільш постійної структурою клітини. Багато положень виявилися невірними (положення 3). Клітка стала вивчатися. Клітинна теорія справила великий вплив на біологію і медицину.

Сучасна клітинна теорія

1. Життя існує тільки у формі клітин.

2. в основі безперервності життя лежить клітина.

3. Принцип компліментарності (зв'язок між структурою і функцією).

КЛЕТКА - елементарна одиниця ЖИВОГО

Клітка являє собою відокремлену, найменшу за розмірами структуру, якій притаманна вся сукупність властивостей життя і яка може у відповідних умовах навколишнього середовища підтримувати ці властивості в самій собі, а також передавати їх в ряду поколінь. Клітка, таким чином, несе повну характеристику життя. Поза клітини не існує справжньої життєдіяльності. Тому в природі планети їй належить роль елементарної структурної, функціональної та генетичної одиниці.

Це означає, що клітина становить основу будови, життєдіяльності і розвитку всіх живих форм - одноклітинних, багатоклітинних і навіть неклітинних. Завдяки закладеним в ній механізмам клітина забезпечує обмін речовин, використання біологічної інформації, розмноження, властивості спадковості і мінливості, обумовлюючи тим самим властиві органічного світу якості єдності і різноманітності.

Займаючи в світі живих істот положення елементарної одиниці, клітина відрізняється складною будовою. При цьому певні риси виявляються у всіх без винятку клітинах, характеризуючи найбільш важливі сторони клітинної організації як такої.

В кінці XIX століття німецький патолог Р. Вірхов на основі нових фактів переглянув клітинну теорію. Йому належить висновок про те, що клітина може виникнути лише з предсуществующей клітини. Їм також створена викликала критику концепція «клітинного держави», згідно з якою багатоклітинний організм складається з відносно самостійних одиниць (клітин), поставлених у своїй життєдіяльності в тісну залежність один від одного.

Клітинна теорія в сучасному вигляді включає три головних положення.

Перше положення співвідносить клітку з живою природою планети в цілому. Воно стверджує, що життя, які б складні або прості (наприклад, віруси) форми вона не набувала, в її структурному, функціональному і генетичному відношенні забезпечується в кінцевому підсумку тільки кліткою. Видатна роль клітини як першоджерела життя обумовлюється тим, що саме вона є біологічною одиницею, за допомогою якої відбувається вилучення із зовнішнього середовища, перетворення і використання організмами енергії і речовин. Безпосередньо в клітці зберігається і використовується біологічна інформація.

Друге положення вказує, що в справжніх умовах єдиним способом виникнення нових клітин є розподіл предсуществующих клітин. В обґрунтуванні клітинної природи життя на Землі тези про однаковості шляхів виникнення клітин відіграють особливу роль. Саме ця теза була використаний М. Шлейденом і Т. Шванном для обгрунтування уявлення про гомології різних типів клітин. Сучасна біологія розширила коло доказів цьому. Незалежно від індивідуальних структурно-функціональних особливостей все клітини однаковим чином: а) зберігають біологічну інформацію, б) редупліціруют генетичний матеріал з метою його передачі в ряду поколінь, в) використовують інформацію для здійснення своїх функцій на основі синтезу білка, г) зберігають і переносять енергію , д) перетворюють енергію в роботу, е) регулюють обмін речовин.

Третє положення клітинної теорії співвідносить клітку з багатоклітинними організмами, для яких характерний принцип цілісності та системної організації. Для системи властиво наявність нових якостей завдяки взаємному впливу і взаємодії одиниць, що складають цю систему. Структурно-функціональними одиницями багатоклітинних істот є клітини. Разом з тим багатоклітинний організм характеризується низкою особливих властивостей, які не можна звести до властивостей і якостей окремих клітин. У третьому положенні клітинної теорії ми зустрічаємося з проблемою співвідношення частини і цілого.

Системний підхід як науковий напрям використовується в біологічних дослідженнях з початку минулого століття. Системний характер організації і функціонування властивий не тільки організму, але і іншим головним біологічним утворенням - геному, клітці, популяції, біогеоценозу, біосфери.

9.Біологіческая мембрана, молекулярна організація і функції. Транспорт речовин через мембрану (моделі транспорту).

Клітка - система мембран, що відмежовують ділянки внутрішньоклітинного простору. Мембрани беруть участь в різних процесах. Мембрани нервових клітин - генерація нервового імпульсу, мембрани ШКТ - всмоктування і перетравлення їжі, клітинні мембрани скелетних м'язів і клітин міокарда - розслаблення і скорочення, мембрани клітин органів почуттів - перетворення одного виду роздратування в інший. Білки природних мембран погано розчиняються у воді, утворюють комплекси з ліпідами. Функції: рецепторная, структурна, транспортна, каталітична (більшість білків - ферменти - імуноглобуліни - білки з найбільшою активністю). Рідинно-мозаіческап модель будови мембрани (бислой ліпідів, білки - периферичні, занурені, інтегральні). Транспорт речовин не завжди відбувається шляхом дифузії або градієнта. Існують транспортні білки.

Активний транспорт - перенесення речовин через мембрану з витратою АТФ і за участю транспортних білків. Активний пов'язаний транспорт (одні і ті ж білки - кілька речовин). Можуть бути 2 периферичних білка, можуть йти речовини по каналу, 2-3 переносника, транспорт може бути неспряженість. Буває екзцітоз (пиноцитоз і фагоцитоз). Існування обмінної дифузії (за допомогою градієнта концентрації),

У клітині ендоплазматична мембрана становить єдине ціле з внутрішньоклітинними мембранами (цитоплазматичні мембрани). Цитоплазматичні мембрани утворюють канал зі складною мережею переплітаються каналів і бульбашок (1959 Картер) канали ЕПР - тимчасові комунікаційні системи, що беруть участь в переміщенні бульбашок з клітки назовні. Мембрани гЕПР мають трубчасті структури (молодший еволюційний тип). Біологічна роль: гідроліз фосфоліпідів, синтез стероїдних гормонів, синтез ліпідів і т.д. як і плазматична, цитоплазматическая мембрана переходить в ядерну і комплекс Гольджі (1898 ит. Гольджі) головна особливість - відсутність рибосом. Це плоскопараллельние цистерни, бульбашки. Комплекс спеціалізований для синтезу білків. Власні клітинні білки, секреторні білки синтезуються в більшості клітин. Більшість білків складні, мають вуглеводну і білкову частина - глікопротеїни і протеоглікани. Комплекс Гольджі бере участь у синтезі складних цукрів з простих моносахаридів, які потім зв'язуються з білками, які прийшли в комплекс, виникають глікопротеїни, що утворилися, вони отшнуровиваются, відбувається екзоцитоз. У комплексі Гольджі утворюються лізосоми. Комплекс Гольджі поставляє необхідний матеріал для освіти борозен дроблення в тваринній клітині.

Висока впорядкованість внутрішнього вмісту еукаріотіче-ської клітини досягається шляхом компартментаціі її обсягу - підрозділи на «осередки», що відрізняються деталями хімічного (ферментного) складу. Компартментація (рис. 2.3) сприяє просторовому розділенню речовин і процесів в клітині. Окремий компартмент представлений органел (лизосома) або її частиною (простір, відмежоване внутрішньої мембраною мітохондрії).

Мал. 2.3. Компартментація обсягу клітини за допомогою мембран:

1 -ядро, 2 шорстка цитоплазматическая є, 3 мітохондрія, 4 транспортний цитоплазматический бульбашка, 5 лизосома, 6 пластинчастий комплекс, 7 - гранула секрету

Мал. 2.4. Молекулярна організація біологічної мембрани:

1 - бімолекулярний шар ліпідів, 2 - білки

Запропоновано декілька схем взаємини в мембрані основних хімічних компонентів - білків і ліпідів, а також речовин, що розміщуються на мембранної поверхні. В даний час прийнята точка зору, згідно з якою мембрана складена з бімолекулярного шару ліпідів. Гідрофобні ділянки їх молекул повернені один до одного, а гідрофільні - знаходяться на поверхні шару. Різноманітні білкові молекули вбудовані в цей шар або розміщені на його поверхнях (рис. 2.4).

Завдяки компартментаціі клітинного обсягу в еукаріотичної клітці спостерігається поділ функцій між різними структурами. Одночасно різні структури закономірно взаємодіють один з одним.

10.Ядро. Будова і функції.

У клітці виділяють ядро ​​і цитоплазму. Клітинне ядро ​​складається з оболонки, ядерного соку, ядерця і хроматину. Функціональна роль ядерної оболонки полягає у відокремленні генетичного матеріалу (хромосом) еукаріотичної клітини від цитоплазми з притаманними їй численними метаболічними реакціями, а також регуляції двосторонніх взаємодій ядра і цитоплазми. Ядерна оболонка складається з двох мембран, розділених околоядерних (перінуклеарним) простором. Останнє може сполучатися з канальцями цитоплазматичної мережі.

Ядерна оболонка пронизана порож діаметром 80-90 нм. Область пори або порові комплекс з діаметром близько 120 нм має певну будову, що вказує на складний механізм регуляції ядерно-цитоплазматичних переміщень речовин і структур. Кількість пір залежить від функціонального стану клітини. Чим вище синтетична активність в клітці, тим більше їх число. Підраховано, що у нижчих хребетних тварин в еритробластах, де інтенсивно утворюється і накопичується гемоглобін, на 1 мкм 2 ядерної оболонки доводиться близько 30 пір. У зрілих еритроцитах названих тварин, які зберігали ядра, на 1 мк »г оболонки залишається до п'яти пір, тобто в 6 разів менше.

В області перового комплексу починається так звана щільна пластинка - білковий шар, що підстилає на всьому протязі внутрішню мембрану ядерної оболонки. Ця структура виконує насамперед опорну функцію, так як при її наявності форма ядра зберігається навіть в разі руйнування обох мембран ядерної оболонки. Припускають також, що закономірний зв'язок з речовиною щільної пластинки сприяє впорядкованого розташування хромосом в інтерфазних ядрі.

Основу ядерного соку, або матриксу, складають білки. Ядерний сік утворює внутрішнє середовище ядра, в зв'язку з чим він грає важливу роль в забезпеченні нормального функціонування генетичного матеріалу. У складі ядерного соку присутні нитчасті, або фібрилярні, білки, з якими пов'язане виконання опорної функції: в матриксі знаходяться також первинні продукти транскрипції генетичної інформації - гетероядерні РНК (гя-РНК), які тут же піддаються процесингу, перетворюючись в м-РНК (див . 3.4.3.2).

Ядро являє собою структуру, в якій відбувається утворення і дозрівання рибосомальних РНК (рРНК). Гени рРНК займають певні ділянки (в залежності від виду тварини) однієї або декількох хромосом (у людини 13-15 і 21-22 пари) - ядерцеві організатори, в області яких і утворюються ядерця. Такі ділянки в метафазних хромосомах виглядають як звуження і називаються вторинними перетяжками. За допомогою електронного мікроскопа в полісом виявляють нитчастий і зернистий компоненти. Нитчастий (фібрилярний) компонент представлений комплексами білка і гігантських молекул РНК-попередниць, з яких потім утворюються більш дрібні молекули зрілих рРНК. В процесі дозрівання фібрили перетворюються в рібонуклеопротеіновие зерна (гранули), якими представлений зернистий компонент.

Хроматіновие структури у вигляді грудочок, розсіяних в нуклеоплазмі, є інтерфазних формою існування хромосом клітини (див. 3.5.2.2).